KR102157087B1 - 다극 영구자석 모터 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 코일이 권선된 코어가 방사상에 배열되고, 축 방향으로 중공이 관통 형성되는 고정자와, 고정자의 축 방향 일면에 배치되어 코일과의 자기력에 의해 축 방향의 회전중심을 기준으로 회전되는 영구자석 및, 영구자석과 결합된 상태로 축 방향 일단이 중공 내에서 회전 가능하게 위치되는 회전자를 포함하는 다극 영구자석 모터 구조에 있어서, 고정자의 축 방향 일면에 결합되는 브라켓 및, 브라켓의 내부를 따라 형성되며, 외부로부터 공급된 냉매를 순환시킨 후 외부로 배출시키는 냉각 채널을 포함한다.

Description

다극 영구자석 모터 구조{STRUCTURE OF MULTIPOLAR PERMANENT MAGNET MOTOR}

본 발명은 영구자석 다극 영구자석 모터 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 브라켓을 이용해 코일이 권선된 코어들을 각각 지지함과 동시에 냉매를 순환시켜 코일에서 발생된 열을 냉각시킴으로써, 코일이 권선된 코어를 견고하게 지지할 수 있고, 코일들의 사이를 개별적으로 냉각시킬 수 있어 장치의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 다극 영구자석 모터 구조에 관한 것이다.

일반적으로, 모터(Motor)는 전기적 에너지를 기계적 에너지로 변환시켜 회전동력을 얻는 장치로서, 모터는 외부에서 인가되는 전원의 종류에 따라 교류모터와 직류모터로 구별된다.

이러한 모터는, 권선된 코일(Coil)에 전류가 흐를 때 발생하는 회전 자기장(Rotating Magnetic Field)에 의해 회전자에 회전토크(Torque)가 발생하는 원리로 작동한다.

종래의 모터들은, 대부분 하우징과, 하우징의 내부에 고정적으로 결합되는 고정자(Stator, 이하 스테이터)와, 고정자에 설치되는 다수의 코어와, 코일들에 개별적으로 권선되는 다수의 코일과, 코어와 대면하게 설치되어 코일과의 자기력에 의해 회전되는 영구자석 및, 영구자석과 결합되어 회전되는 회전자(Rotor) 등으로 구성된다.

또한, 모터에는 코일에서 발생하는 열을 냉각시키기 위한 수냉 방식의 냉각구조가 적용되고 있으며, 이러한 모터의 냉각 구조는 하우징의 내부에 유로를 형성시킨 후, 냉각수를 순환시키는 방식 등을 사용하였다.

그런데, 종래의 모터에 적용된 냉각 구조는 단순히 냉각수를 순환시키는 구조로, 실질적으로 열이 집중되는 코일들의 사이를 효율적으로 냉각시킬 수 있는 구조가 아니었다.

본 발명과 관련된 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허 제10-2012-0129132호(2012년 11월 28일)가 있으며, 상기 선행 문헌에는 크기가 다른 영구자석을 갖는 회전자 및 그를 포함하는 모터가 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 브라켓을 이용해 코일이 권선된 코어들을 각각 지지함과 동시에 냉매를 순환시켜 코일에서 발생된 열을 냉각시킴으로써, 코일이 권선된 코어를 견고하게 지지할 수 있고, 코일들의 사이를 개별적으로 냉각시킬 수 있어 장치의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 다극 영구자석 모터 구조를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 브라켓의 지지편에 안착홈을 형성시킴으로써, 외력에 의해 코일의 설치 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있는 다극 영구자석 모터 구조를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조는, 코일이 권선된 코어가 방사상에 배열되고, 축 방향으로 중공이 관통 형성되는 고정자와, 상기 고정자의 축 방향 일면에 배치되어 상기 코일과의 자기력에 의해 축 방향의 회전중심을 기준으로 회전되는 영구자석 및, 상기 영구자석과 결합된 상태로 축 방향 일단이 상기 중공 내에서 회전 가능하게 위치되는 회전자를 포함하는 다극 영구자석 모터 구조에 있어서, 상기 고정자의 축 방향 일면에 결합되는 브라켓 및, 상기 브라켓의 내부를 따라 형성되며, 외부로부터 공급된 냉매를 순환시킨 후 외부로 배출시키는 냉각 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 브라켓은 상기 중공의 가장자리를 감싸는 상태로 상기 고정자의 축 방향 일면에 결합되는 링 형상의 몸체 및, 상기 몸체의 가장자리로부터 방사상으로 연장되어 상기 코어들의 사이에 결합되는 다수의 지지편이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉각 채널은 상기 몸체의 내부를 따라 형성되며, 상기 냉매가 공급 및 배출되도록 유입구와 유출구가 각각 형성되는 제1냉각 유로 및, 상기 지지편들의 내부를 따라 형성되며, 상기 제1냉각 유로의 출측으로부터 전달되는 냉매를 순환시킨 후 상기 제1냉각 유로의 입측으로 이동시키는 제2냉각 유로가 형성될 수 있다.

또한, 상기 제1냉각 유로는 상기 몸체의 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 냉매가 상기 유입구를 통해 공급된 후 상기 유출구를 통해 배출되도록 순환 구조를 가질 수 있으며, 상기 제2냉각 유로는 상기 지지편들이 연장되는 방향을 따라 길이를 가지며, 상기 제1냉각 유로의 출측으로부터 전달되는 냉매가 순환된 후 상기 제1냉각 유로의 입측으로 이동되도록 순환 구조를 가질 수 있다.

또한, 상기 지지편들은 연장된 끝단이 체결부재에 의해 상기 고정자의 축방향 일면에 각각 결합될 수 있다.

또한, 상기 지지편들은 폭 방향 양단이 상기 코어들에 권선된 상기 코일의 양단을 밀착된 상태로 지지할 수 있다.

또한, 상기 지지편들은 폭 방향 양단에 안착홈이 오목하게 각각 형성될 수 있으며, 상기 안착홈은 상기 코일의 양단과 대응되는 형상으로 밀착될 수 있다.

또한, 상기 고정자와 상기 영구자석과 상기 회전자 및 상기 브라켓의 외부에는 하우징이 더 결합될 수 있으며, 상기 하우징의 외부에는 외부로부터 상기 냉매가 공급되도록 상기 유입구와 연결되는 공급 포트 및, 외부로 상기 냉매가 배출되도록 상기 유출구와 연결되는 배출 포트가 각각 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정자와 브라켓의 사이에는 링 형상의 패킹이 더 결합될 수 있으며, 상기 패킹의 양단은 상기 고정자와 상기 브라켓의 축 방향 일면에 각각 밀착될 수 있다.

본 발명은 브라켓에 의해 코일이 권선된 코어가 지지됨과 동시에 개별적인 냉각이 이루어지므로, 코일이 권선된 코어를 견고하게 지지할 수 있고, 코일들의 사이를 개별적으로 냉각시킬 수 있어 장치의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.

또한, 본 발명은 브라켓의 지지편에 코일의 외면과 대응되게 밀착될 수 있는 안착홈을 형성시킴으로써, 외력에 의해 코일의 설치 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 결합 상태를 측단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 결합 상태를 보여주기 위한 평단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 브라켓을 보여주기 위한 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 브라켓을 보여주기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 하우징을 보여주기 위한 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 하우징을 보여주기 위한 평단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에 개시되는 실시예들에 의해 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우, 그에 관한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 결합 상태를 측단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 결합 상태를 보여주기 위한 평단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 브라켓을 보여주기 위한 측단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 브라켓을 보여주기 위한 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 하우징을 보여주기 위한 측단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터 구조의 하우징을 보여주기 위한 평단면도이다.

도 1 내지 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 다극 영구자석 모터의 구조는 하우징(100)과, 고정자(200)와, 영구자석(300)과, 회전자(400)와, 브라켓(500) 및, 냉각 채널(600)을 포함한다.

먼저, 하우징(100)은 내부에 후술 될 고정자(200)와 영구자석(300)과 회전자(400) 및 브라켓(500) 설치될 수 있도록 내부에 일정 넓이의 설치공간(110)이 형성된다.

여기서, 하우징(100)은 도 2에서처럼 원통 형상을 가질 수 있으며, 하우징(100)의 축 방향에는 후술 될 회전자(400)의 축 방향이 관통 결합되도록 축 홀(120)이 축 방향으로 관통 형성될 수 있다.

또한, 하우징(100)의 외부에는 외부로부터 냉매(냉각수 등, W)가 공급되도록 공급 포트(130) 및, 외부로 냉매(W)가 배출되도록 배출 포트(140)가 각각 형성될 수 있다.

공급 포트(130)는, 후술 될 냉각 채널(600)의 유입구(601)와 연결될 수 있고, 배출 포트(140)는 후술 될 냉각 채널(600)의 유출구(602)와 연결될 수 있다.

그리고, 공급 포트(130)와 배출 포트(140)에는 냉매(W)를 공급 및 배출시키기 위한 배관 등이 연결될 수 있고, 공급 포트(130)와 배출 포트(140)에 연결된 배관은 별도의 냉매 공급부(미도시) 및 배출 구성(미도시)이 연결될 수 있다.

고정자(200)는, 축 방향 일면이 설치공간(110)의 축 방향 일면에 결합될 수 있고, 반대되는 일면에 후술 될 영구자석(300)이 반경 방향으로 회전 가능하게 위치될 수 있다.

여기서, 고정자(200)의 중심 부위에는 후술 될 회전자(400)의 일단이 회전 가능하게 관통되도록 중공(201)이 축 방향으로 관통 형성된다.

그리고, 고정자(200)의 축 방향 일면에는 도 2에서처럼 코일(220)이 권선된 코어(210)들이 방사상에 이격된 상태로 배열(20극 등)된다.

코어(210)들은, 중공(201)의 축 방향 중심 축 선을 기준으로 방사상에 등 간격으로 이격 위치될 수 있으나, 코어(210)들의 개수 및 간격은 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.

또한, 코어(210)들은 도 2에서처럼 고정자(200)의 가장자리로 갈수록 반경 방향측 폭이 점진적으로 증가하는 형태를 가질 수 있다.

아울러, 코어(210)들의 가장자리에는 코일(220)이 권선될 수 있도록 권선홈이 오목하게 형성될 수 있고, 코어(210)의 축 방향 양단에는 권선홈에 권선된 코일(220)의 양측을 걸림 위치시키기 위한 단턱이 형성될 수 있다.

이때, 코일(220)은 코어(210)들의 외부에 개별적으로 권선될 수 있으며, 외부의 전원 공급부(미도시)로부터 공급되는 전류에 의해 자력을 발생시킨다.

즉, 코어(210)에 권선된 코일(220)에 전류가 흐를 때 발생하는 자속과 후술 될 영구자석(300)의 자속에 의해 회전자(400)에 회전토크(Torque)가 발생하는 원리로 작동한다.

영구자석(300)은, 도 1에서처럼 고정자(200)의 축 방향 일면에 배치되어, 전류가 흐르는 코일(220)과의 자기력에 의해 반경 방향으로 회전된다.

여기서, 영구자석(300)은 원판 형태의 플레이트에 결합된 상태로 회전될 수 있고, 영구자석(300)은 플레이트의 축 방향 양면에 각각 결합될 수 있다.

이때, 영구자석(300)은 플레이트의 반경 방향을 따라 서로 다른 극성(N/S)이 반복되도록 배열될 수 있으며, 영구자석(300)과 플레이트는 후술 될 회전자(400)의 축 방향을 따라 다수가 결합될 수 있다.

브라켓(400)은, 고정자(200)의 축 방향 일면과 영구자석(300)의 사이에 결합되는 것으로, 브라켓(400)은 몸체(510) 및, 다수의 지지편(520)으로 구비될 수 있다.

몸체(510)는, 도 2와 4에서처럼 링 형상을 가질 수 있으며, 중공(201)의 가장자리를 감싸는 상태로 고정자(200)의 축 방향 일면에 결합될 수 있다.

그리고, 고정자(200)의 축 방향 일면에는 중공(201)의 가장자리를 따르는 링 형상의 결합돌기부가 돌출 형성될 수 있는데, 이때 몸체(510)의 내주면은 결합돌기부의 외주면과 밀착된 상태로 결합될 수 있다.

지지편(520)들은, 몸체(510)의 가장자리로부터 방사상으로 연장되어 코어(210)들의 사이에 결합될 수 있다.

여기서, 지지편(520)들의 연장된 끝단은 체결부재(미도시)에 의해 고정자(200)의 축방향 일면에 각각 결합될 수 있으나, 지지편(520)들의 고정 구조는 필요에 따라 다양하게 적용이 가능하다.

그리고, 지지편(520)들은 도 1에서처럼 폭 방향 양단이 코어(210)들에 권선된 코일(220)의 양단을 밀착된 상태로 지지할 수 있다.

이때, 지지편(520)들은 폭 방향 양단에 안착홈(521)이 오목하게 각각 형성될 수 있으며, 안착홈(521)은 코일(220)의 양단과 대응되는 형상으로 밀착될 수 있다.

이 상태에서는, 코일(220)이 안착홈(521)의 양측에 걸림 위치되므로, 코일(220)이 고정자(200)의 중심과 반경 방향으로 유동되지 않고 견고하게 고정될 수 있다.

냉각 채널(600)은, 냉매(W)를 순환시키기 위한 것으로, 냉각 채널(600)은 브라켓(500)의 내부를 따라 형성되어 외부로부터 전달된 냉매(냉각수 등)를 순환시킨 후 외부로 배출시킨다.

여기서, 냉각 채널(600)은 몸체(510)의 내부를 따라 형성되며, 냉매(W)가 공급 및 배출되도록 유입구(601)와 유출구(602)가 각각 형성된다.

더 상세히 설명하면, 냉각 채널(600)은 몸체(510)에 형성되는 제1냉각 유로(610) 및, 지지편(520)들에 형성되는 제2냉각 유로(620)로 구분될 수 있다.

제1냉각 유로(610)는, 도 1과 3에서처럼 몸체(510)의 내부를 따라 형성되며, 냉매(W)가 공급 및 배출되도록 유입구(601)와 유출구(602)가 각각 형성될 수 있다.

여기서, 제1냉각 유로(610)는 몸체(510)의 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성될 수 있으며, 냉매(W)가 유입구(601)를 통해 공급된 후 유출구(602)를 통해 배출되도록 순환 구조를 가질 수 있다.

제2냉각 유로(620)는, 지지편(520)들의 내부를 따라 형성되며, 제1냉각 유로(610)의 출측으로부터 전달되는 냉매(W)를 순환시킨 후 제1냉각 유로(610)의 입측으로 이동시킬 수 있다.

여기서, 제2냉각 유로(620)는 지지편(520)들이 연장되는 방향을 따라 길이를 가질 수 있으며, 제1냉각 유로(610)의 출측으로부터 전달되는 냉매(W)가 순환된 후 제1냉각 유로(610)의 입측으로 이동되도록 순환 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 제1냉각 유로(610)와 제2냉각 유로(620)를 고정자(200)의 축 방향 또는 반경 방향을 따라 다수로 구획하여 상호 연통되도록 형성시킬 수 있다.

이 경우, 하우징(100)의 공급 포트(130)와 유입구(601)를 통해 공급된 냉매(W)가 제1냉각 유로(610)를 따라 이동하면서 제2냉각 유로(620)를 따라 각각 순환될 수 있다.

이후, 제1냉각 유로(610)와 제2냉각 유로(620)를 따라 순환된 냉매(W)는 유출구(602)와 하우징(100)의 배출 포트(140)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

이 과정에서, 코일(220)에서 발생된 열이 냉매(W)의 순환에 의해 냉각될 수 있으며, 제1냉각 유로(610)와 제2냉각 유로(620)가 코일(220)과 근접한 위치에서 냉매(W)를 순환시키므로 장치의 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 전술한 고정자(200)와 브라켓(500)의 사이에는 적어도 하나 이상의 링 형상의 패킹(700)이 더 결합될 수 있는데, 패킹(700)은 수지, 고무 등의 소재를 이용해 제작할 수 있다.

이때, 패킹(700)의 양단은 고정자(200)와 브라켓(500)의 축 방향 일면에 각각 밀착될 수 있으며, 패킹(700)에 의해 고정자(200)와 브라켓(500)의 사이 간격이 밀봉될 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 브라켓(500)에 의해 코일(220)이 권선된 코어(210)가 지지됨과 동시에 개별적인 냉각이 이루어지므로, 코일(220)이 권선된 코어(210)를 견고하게 지지할 수 있고, 코일(220)들의 사이를 개별적으로 냉각시킬 수 있어 장치의 냉각 성능을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 브라켓(500)의 지지편(520)에 코일(220)의 외면과 대응되게 밀착될 수 있는 안착홈(521)을 형성시킴으로써, 외력에 의해 코일(220)의 설치 위치가 변경되는 것을 방지할 수 있다.

지금까지 본 발명의 다극 영구자석 모터 구조에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.

그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 하우징 110: 설치공간
120: 축 홀 130: 공급 포트
140: 배출 포트 200: 고정자
201: 중공 210: 코어
220: 코일 300: 영구자석
400: 회전자 500: 브라켓
510: 몸체 520: 지지편
521: 안착홈 600: 냉각 채널
601: 유입구 602: 유출구
610: 제1냉각 유로 620: 제2냉각 유로
700: 패킹 W: 냉매

Claims (9)

1. 코일이 권선된 코어가 방사상에 결합되고, 축 방향으로 중공이 관통 형성되는 고정자와, 상기 고정자의 축 방향에 배치되어 상기 코일과의 자기력에 의해 축 방향의 회전중심을 기준으로 회전되는 영구자석 및, 상기 영구자석과 결합된 상태로 축 방향 일단이 상기 중공 내에서 회전 가능하게 위치되는 회전자를 포함하는 다극 영구자석 모터 구조에 있어서,
   상기 고정자의 축 방향 일면에 결합되는 브라켓; 및
   상기 브라켓의 내부를 따라 형성되며, 외부로부터 공급된 냉매를 순환시킨 후 외부로 배출시키는 냉각 채널을 포함하며;
   상기 코어는 고정자의 가장자리로 갈수록 반경 방향측 폭이 점진적으로 증가하는 형태로 형성되며;
   상기 브라켓은, 상기 중공의 가장자리를 감싸는 상태로 상기 고정자의 축 방향 일면에 결합되는 링 형상의 몸체 및, 상기 몸체의 가장자리로부터 방사상으로 연장되어 상기 코어들의 사이에 결합되는 다수의 지지편이 형성되며;
   상기 냉각 채널은, 상기 몸체의 내부를 따라 형성되며, 상기 냉매가 공급 및 배출되도록 유입구와 유출구가 각각 형성되는 제1냉각 유로 및, 상기 지지편들의 내부를 따라 형성되며, 상기 제1냉각 유로의 출측으로부터 전달되는 냉매를 순환시킨 후 상기 제1냉각 유로의 입측으로 이동시키는 제2냉각 유로가 형성되며;
   상기 지지편들은, 폭 방향 양단에 안착홈이 오목하게 각각 형성되며, 상기 안착홈은, 상기 코일의 양단과 대응되는 형상으로 밀착되어, 지지편들이 폭 방향 양단이 상기 코어들에 권선된 상기 코일의 양단을 밀착된 상태로 지지하며;
   상기 지지편들은, 연장된 끝단이 체결부재에 의해 상기 고정자의 축방향 일면에 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 다극 영구자석 모터 구조.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1냉각 유로는,
   상기 몸체의 둘레 방향을 따라 연속적으로 형성되며, 상기 냉매가 상기 유입구를 통해 공급된 후 상기 유출구를 통해 배출되도록 순환 구조를 가지며,
   상기 제2냉각 유로는,
   상기 지지편들이 연장되는 방향을 따라 길이를 가지며, 상기 제1냉각 유로의 출측으로부터 전달되는 냉매가 순환된 후 상기 제1냉각 유로의 입측으로 이동되도록 순환 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 다극 영구자석 모터 구조.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정자와 상기 영구자석과 상기 회전자 및 상기 브라켓의 외부에는,
   하우징이 더 결합되며,
   상기 하우징의 외부에는,
   외부로부터 상기 냉매가 공급되도록 상기 유입구와 연결되는 공급 포트 및,
   외부로 상기 냉매가 배출되도록 상기 유출구와 연결되는 배출 포트가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 다극 영구자석 모터 구조.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 고정자와 브라켓의 사이에는,
   링 형상의 패킹이 더 결합되며,
   상기 패킹의 양단은,
   상기 고정자와 상기 브라켓의 축 방향 일면에 각각 밀착되는 것을 특징으로 하는 다극 영구자석 모터 구조.
   

Images